(57)【要約】  【課題】外乱となる電磁波の影響を受けることなく温度測定を精度良く行うことが可能な簡素な構成の温度測定装置を提供する。  【解決手段】本発明の温度測定装置は、所定の処理槽内における基板１０の温度を測定する赤外線型温度測定ユニット６を備えた温度測定装置である。基板１０と赤外線型温度測定ユニット６との間には、赤外線を遮断する材料からなり基板１０に接触可能に構成された遮蔽部８の温度を、赤外線型温度測定ユニット６によって測定するように構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の処理槽内における処理対象物の温度を測定する温度測定部を備えた温度測定装置であって、
前記処理対象物と前記温度測定部との間に、所定の電磁波を遮断する材料からなり前記処理対象物に接触可能に構成された遮蔽部が設けられ、当該遮蔽部の温度を前記温度測定部によって測定するように構成されている温度測定装置。
【請求項２】
前記温度測定部が、前記遮蔽部から放出される赤外線を検出して温度測定を行うように構成されている請求項１記載の温度測定装置。
【請求項３】
前記温度測定部が、前記遮蔽部に接触するように配置された蛍光体からなる発光素子を有し、前記発光素子から発せられた光を検出するように構成されている請求項１又は２のいずれか１項記載の温度測定装置。
【請求項４】
前記温度測定部が、前記遮蔽部に接触するように配置された熱電対を有し、前記熱電対によって前記遮蔽部の温度を測定するように構成されている請求項１乃至３のいずれか１項記載の温度測定装置。
【請求項５】
所定の処理槽内において処理対象物を静電吸着する静電チャックと、
請求項１乃至４のいずれか１項記載の温度測定装置を備え、
前記温度測定装置にて得られた結果に基づいて前記処理対象物の吸着状態を監視するように構成されているチャックモニター。
【請求項６】
所定のプラズマ発生源を有する処理槽と、
請求項１乃至４のいずれか１項記載の温度測定装置を備えたプラズマ処理装置。
【請求項７】
請求項５記載のチャックモニターを備えた請求項６記載のプラズマ処理装置。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば真空槽内で基板等を処理する処理装置において基板等の温度を測定する技術及び基板の吸着状態をモニターする技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば真空槽内で基板を加熱したり、プラズマ処理する装置においては、赤外線型温度測定機構を用いて基板の温度を測定することが行われている。
【０００３】
しかし、例えば、ランプヒーター、プラズマ、コロナ放電などによって発生する赤外線等の電磁波に基板が晒されている場合において、電磁波を透過する材料からなる基板に対して処理を行う場合には、基板を透過する電磁波の影響によって正確な温度測定が困難であるという問題がある。
【０００４】
このような課題を解決する手段として、基板からの輻射エネルギーのみを検知するようにした基板温度測定手段も提案されているが、このような従来技術では、構成が複雑になるとともに、測定誤差が大きいという問題がある。
【特許文献１】特開２００２−１６４２２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、従来、静電チャックによって基板を吸着させた状態で処理を行う際に基板の温度を測定して基板の吸着状態をモニターする技術が知られているが、上述したように処理中においては基板の温度測定を精度良く行うことが困難であるため、基板の吸着状態を正確にモニターすることが困難であるという問題がある。
【０００６】
本発明は、このような従来の技術の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、外乱となる電磁波の影響を受けることなく温度測定を精度良く行うことが可能な簡素な構成の温度測定装置を提供することにある。
【０００７】
本発明の他の目的は、種々の処理の際に、基板の吸着状態を正確にモニターすることが可能なチャックモニターを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するためになされた請求項１記載の発明は、所定の処理槽内における処理対象物の温度を測定する温度測定部を備えた温度測定装置であって、前記処理対象物と前記温度測定部との間に、所定の電磁波を遮断する材料からなり前記処理対象物に接触可能に構成された遮蔽部が設けられ、当該遮蔽部の温度を前記温度測定部によって測定するように構成されている温度測定装置である。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記温度測定部が、前記遮蔽部から放出される赤外線を検出して温度測定を行うように構成されているものである。
請求項３記載の発明は、請求項１又は２のいずれか１項記載の発明において、前記温度測定部が、前記遮蔽部に接触するように配置された蛍光体からなる発光素子を有し、前記発光素子から発せられた光を検出するように構成されているものである。
請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項記載の発明において、前記温度測定部が、前記遮蔽部に接触するように配置された熱電対を有し、前記熱電対によって前記遮蔽部の温度を測定するように構成されているものである。
請求項５記載の発明は、所定の処理槽内において処理対象物を静電吸着する静電チャックと、請求項１乃至４のいずれか１項記載の温度測定装置を備え、前記温度測定装置にて得られた結果に基づいて前記処理対象物の吸着状態を監視するように構成されているチャックモニターである。
請求項６記載の発明は、所定のプラズマ発生源を有する処理槽と、請求項１乃至４のいずれか１項記載の温度測定装置を備えたプラズマ処理装置である。
請求項７記載の発明は、請求項６記載の発明において、請求項５記載のチャックモニターを備えたものである。
【０００９】
本発明の温度測定装置の場合、所定の電磁波（例えば赤外線）を遮断する遮蔽部を処理対象物に接触させた状態でこの遮蔽部の温度を測定することから、例えばプラズマやランプヒーター等から放出されて処理対象物を透過する電磁波の影響を受けることなく処理対象物の温度を間接的に検知することができる。
その結果、本発明によれば、従来測定することができなかったガラス基板等の温度をプロセス中に精度良く測定することが可能になる。
【００１０】
また、本発明によれば、従来公知の温度測定手段に電磁波の遮蔽部を設けるものであることから、簡素な構成とすることができるものである。
【００１１】
一方、温度測定部が、遮蔽部に接触するように配置された蛍光体からなる発光素子を有し、この発光素子から発せられた光を検出するように構成されている場合には、蛍光体発光素子の発光する温度範囲が広いため、例えば１５０℃以下の低温域において正確な温度測定を行うことが可能になる。
【００１２】
また、温度測定部が、遮蔽部に接触するように配置された熱電対を有し、熱電対によって遮蔽部の温度を測定するように構成されている場合には、熱電対による測定温度範囲が広いため、例えば１５０℃以下の低温域において正確な温度測定を行うことが可能になる。
【００１３】
また、本発明のチャックモニターによれば、処理対象物を透過する電磁波の影響を受けることなく処理対象物の温度を正確に測定することができるので、種々の処理中に基板の吸着状態を正確にモニターすることができる。
【００１４】
このように、本発明によれば、処理中の処理対象物の温度及び吸着状態を正確に把握可能なプラズマ処理装置を提供することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、種々の処理の際に、外乱となる電磁波の影響を受けることなく温度測定を精度良く行うことができる。
また、本発明によれば、種々の処理の際に、基板の吸着状態を正確にモニターすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の好ましい実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１（ａ）は、本発明の第１の実施の形態を示す断面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）の一点鎖線Ａ部を示す拡大図である。
【００１７】
図１（ａ）（ｂ）に示すように、本実施の形態のスパッタリング装置（プラズマ処理装置）１は、図示しない真空排気系に接続された真空処理槽２を有し、この真空処理槽２の下部に、基板（処理対象物）１０を支持するためのステージ３が設けられている。
【００１８】
このステージ３は、真空処理槽２の外部に設けられた図示しない交流電源に接続され、スパッタリングの際に基板１０に対して所定の交流電圧が印加されるようになっている。
【００１９】
また、このステージ３の上部には、基板を加熱するためのホットプレート４が設けられている。なお、このホットプレート４は、その上部に静電チャック４ａが設けられている。
【００２０】
一方、真空処理槽２内の上部には、スパッタリング用のターゲット５が配置される。
このターゲット５は、真空処理槽２の外部に設けられた直流電源（図示せず）に接続され、スパッタリングの際に所定の負の直流電圧が印加されるようになっている。
【００２１】
さらに、本実施の形態においては、本発明の温度測定装置及びチャックモニターに対応する赤外線型温度測定ユニット（温度測定部）６が設けられている。この赤外線型温度測定ユニット６は、所定の赤外線を検出して温度測定を行う機能を有するもので、図示しないコンピュータに接続される制御部６ａを備えている。
【００２２】
この制御部６ａには石英ロッド７が接続されており、この石英ロッド７の先端部は、上述したステージ３を介して真空処理槽２内に導入され基板１０の下部近傍に配置されるようになっている。
【００２３】
図１（ｂ）に示すように、本実施の形態においては、石英ロッド７の先端部に、所定の電磁波（赤外線）を遮断するためのチップ状の遮蔽部８が設けられている。
【００２４】
この遮蔽部８は、石英ロッド７の先端部を覆うような形状及び大きさに形成されている。そして、本実施の形態の場合は、石英ロッド７と遮蔽部８とがバネ９によって連結され、静電チャック４ａ上に載置した基板１０に対しバネ９の弾性力によって遮蔽部８を押圧密着させるようになっている。
【００２５】
本発明の場合、遮蔽部８の材料は特に限定されることはないが、例えばランプヒーターによって加熱する場合等に遮蔽部８の温度上昇を回避する観点からは、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、ステンレス（ＳＵＳ）等の熱伝導率が大きく、電磁波を反射する材料を用いることが好ましい。
【００２６】
これらの材料のうち、高熱伝導率の観点からは、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）を用いることが好ましい。
【００２７】
また、基板１０と遮蔽部８の接触部分の汚染を回避する観点からは、アルミニウム（Ａｌ）を用いることが好ましい。
【００２８】
さらに、同様に基板１０と遮蔽部８の接触部分の汚染を回避する観点から、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）等のセラミックス等の電磁波を吸収する材料を用いることも可能であり、また基板１０の材料と同じ材料を用いて遮蔽部８を作成し、遮蔽部８の石英ロッド７側の面に例えば銅などによるコーティングを施すことも可能である。
【００２９】
一方、バネ９の材料は特に限定されることはないが、耐熱性、耐食性の観点からは、例えば、ステンレス（ＳＵＳ）、インコネル等の材料を用いることが好ましい。
【００３０】
そして、このバネ９は、基板１０をホットプレート４上に載置した場合に基板１０の自重で遮蔽部８の上面が静電チャック４ａの表面の位置まで下降するようにその材料（ばね定数）及び長さを設定することが好ましい。
【００３１】
なお、このバネ９は、石英ロッド７に対して着脱自在に構成することによって、ユーザーの必要に応じて使用することが可能になる。
【００３２】
このような構成を有する本実施の形態においては、図１（ａ）に示すように、ホットプレート４上に載置した基板１０を静電チャック４ａによって吸着させた状態でスパッタリング等の処理を行う。
【００３３】
この状態では、バネ９の弾性力によって遮蔽部８が基板１０に押圧され密着しているため、遮蔽部８の温度が基板１０の温度とほぼ等しくなり、遮蔽部８から基板１０と同様の赤外線が放出される。
【００３４】
そこで、遮蔽部８から放出される赤外線を石英ロッド７を介して赤外線型温度測定ユニット６に導くことにより、基板１０の温度を間接的に測定し、コンピュータによって所定の解析を行うことにより基板１０のチャック状態を監視する。
【００３５】
本発明の場合は、以下のように種々の条件を設定して基板１０の吸着及び処理を行うことができる。
例えば、基板１０を静電チャック４ａによって吸着させた後に十分に基板１０の温度が安定した時の温度と、チャック不良が生じた場合における同時間経過時の基板１０の温度とを比較してチャック不良と判断する温度を決定する。
【００３６】
また、処理中の基板１０の温度変化をログとして保存し、その結果に基づいて静電チャック４ａの吸着力を変化させるように構成することも可能である。
【００３７】
さらに、基板１０を静電チャック４ａによって吸着させる前の温度を測定して温度範囲を設定し、この設定範囲以外の温度範囲を検出した場合に警告を発するようにすることもできる。
【００３８】
さらにまた、静電チャック４ａに吸着された基板１０が所定の温度に到達したかどうかを上述の温度測定によって判断し、所定の温度に到達した場合にスパッタリング等の処理を開始することもできる。
【００３９】
さらにまた、上述の測定温度が静電チャック４ａの耐熱温度を超えていた場合に警告を発し、静電チャック４ａの動作又はその後の処理を停止することもできる。
【００４０】
以上述べた本実施の形態によれば、遮蔽部８によって赤外線を遮断した状態で温度測定を行うことから、例えばプラズマやランプヒーター等から放出されて基板１０を透過する赤外線の影響を受けることなく基板１０の温度を正確に測定することができ、これにより従来測定することができなかったガラス基板等の温度をプロセス中に測定することが可能になる。
【００４１】
さらに、本実施の形態によれば、基板１０の温度測定の結果を用いて静電チャック４ａの吸着状態をリアルタイムで正確にモニターすることが可能になる。
【００４２】
特に本実施の形態においては、バネ９の弾性力によって遮蔽部８を基板１０に押圧するようにしたことから、基板１０が反ったり傾いている場合であっても、遮蔽部８を基板１０に密着させて正確な温度測定を行うことができる。
【００４３】
さらに、本実施の形態では、基板１０の自重で遮蔽部８の上面が静電チャック４ａの表面の位置まで下降するようにバネ９の押圧力を設定したので、静電チャック４ａによる吸着をバネ９の押圧力が妨げることはない。
【００４４】
さらにまた、本実施の形態によれば、バネ９によって遮蔽部８を熱的に切り離すように構成したので、基板１０から奪う熱量が少なく基板１０を均一に加熱することができるものである。
【００４５】
図２（ａ）は、本発明の第２の実施の形態を示す断面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）の一点鎖線Ｂ部を示す拡大図であり、以下、上記実施の形態と対応する部分について同一の符号を付しその詳細な説明を省略する。
【００４６】
図２（ａ）（ｂ）に示すように、本実施の形態のスパッタリング装置１Ａは、石英ロッド７に直接遮蔽部８を固定し、一対のローラ１１で石英ロッド７を挟んで石英ロッド７を上昇させることにより、遮蔽部８を基板１０に押圧するようにしたものである。
【００４７】
このような構成を有する本実施の形態によれば、上述した効果に加え、バネの劣化がないため長期間使用することができるというメリットがある。その他の構成及び作用効果については上述の実施の形態と同一であるのでその詳細な説明を省略する。
【００４８】
図３（ａ）は、本発明の第３の実施の形態を示す断面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）の一点鎖線Ｃ部を示す拡大図であり、以下、上記実施の形態と対応する部分について同一の符号を付しその詳細な説明を省略する。
【００４９】
図３（ａ）に示すように、本実施の形態のスパッタリング装置１Ｂは、蛍光体型温度測定ユニット１６を用いて基板１０の温度を測定するものである。
【００５０】
この蛍光体型温度測定ユニット１６は、所定の蛍光体が発する光を検出して温度測定を行う機能を有するもので、図示しないコンピュータに接続可能な制御部１６ａを備えている。
【００５１】
この制御部１６ａには光伝達手段１７が接続されており、この光伝達手段１７の先端部は、ステージ３を介して真空処理槽２内に導入され基板１０の下部近傍に配置されるようになっている。
【００５２】
図３（ｂ）に示すように、光伝達手段１７は、例えばポリイミド等の絶縁性材料からなる筒状部材１７ａ内に光ファイバー等の光伝達部材１７ｂが挿入されて構成されている。
【００５３】
そして、光伝達手段１７の先端部には、上記実施の形態の遮蔽部８と同様の材料からなる中空の遮蔽部１８が筒状部材１７ａに沿って上下動するように設けられている。
【００５４】
この遮蔽部１８内には、所定の蛍光体からなる蛍光体発光素子２０が遮蔽部１８と接触した状態で配置されている。そして、この発光素子２０から発せられた光を、光ファイバー等の光伝達部材１７ｃを介して上記光伝達部材１７ｂに導くように構成されている。
【００５５】
また、遮蔽部１８は、静電チャック４ａ上に載置した基板１０に対して押圧密着させるため、上記実施の形態と同様、バネ１９によって光伝達手段１７の筒状部材１７ａと連結されている。
【００５６】
本実施の形態の場合も、基板１０をホットプレート４上に載置した場合に基板１０の自重で遮蔽部１８の上面が静電チャック４ａの表面の位置まで下降するようにバネ１９の材料（ばね定数）及び長さを設定することが好ましい。
【００５７】
このような構成を有する本実施の形態においては、図３（ａ）に示すように、ホットプレート４上に載置した基板１０を静電チャック４ａによって吸着させた状態でスパッタリングを行う。
【００５８】
この状態では、バネ１９の弾性力によって遮蔽部１８が基板１０に押圧され密着し、遮蔽部１８の温度が基板１０の温度とほぼ等しくなっているので、遮蔽部１８内の蛍光体発光素子２０から所定の光が放出される。
【００５９】
そこで、蛍光体発光素子２０から放出される光を光伝達手段１７を介して赤外線型温度測定ユニット６に導くことにより、基板１０の温度を間接的に測定し、そのデータをコンピュータによって解析することにより基板１０のチャック状態を監視する。
【００６０】
このような構成を有する本実施の形態によれば、上述した効果に加え、蛍光体発光素子２０が発光する温度範囲が広いため、例えば１５０℃以下の低温域において正確な温度測定を行うことができるというメリットがある。その他の構成及び作用効果については上述の実施の形態と同一であるのでその詳細な説明を省略する。
【００６１】
図４（ａ）は、本発明の第４の実施の形態を示す断面図、図４（ｂ）は、図４（ａ）の一点鎖線Ｄ部を示す拡大図であり、以下、上記実施の形態と対応する部分について同一の符号を付しその詳細な説明を省略する。
【００６２】
図４（ａ）に示すように、本実施の形態のスパッタリング装置１Ｃは、熱電対型温度測定ユニット２６を用いて基板１０の温度を測定するものである。
【００６３】
この熱電対型温度測定ユニット２６は、公知の熱電対を用いて温度測定を行うもので、図示しないコンピュータに接続される制御部２６ａを備えている。
【００６４】
この制御部２６ａにはリード部２７が接続されており、このリード部２７の先端部は、ステージ３を介して真空処理槽２内に導入され基板１０の下部近傍に配置されるようになっている。
【００６５】
図４（ｂ）に示すように、リード部２７は、例えばポリイミド等の絶縁性材料からなる筒状部材２７ａ内に、絶縁被覆が施された一対の熱電対線３０ａ、３０ｂ（例えばＫ型熱電対の場合はクロメル、アルメルの配線）が挿入されて構成されている。
【００６６】
そして、リード部２７の先端部には、上記実施の形態の遮蔽部１８と同様の中空の遮蔽部２８がリード部２７に沿って上下動するように設けられている。
【００６７】
この遮蔽部２８内には、上述の熱電対線３０ａ、３０ｂに接続された熱電対３０のプローブ先端部３０ｃが遮蔽部２８と接触した状態で配置されている。
【００６８】
また、遮蔽部２８は、静電チャック４ａ上に載置した基板１０に対して押圧密着させるため、上記実施の形態と同様、バネ２９によってリード部２７の筒状部材２７ａと連結されている。
【００６９】
本実施の形態の場合も、基板１０をホットプレート４上に載置した場合に基板１０の自重で遮蔽部２８の上面が静電チャック４ａの表面の位置まで下降するようにバネ２９の材料（ばね定数）及び長さを設定することが好ましい。
【００７０】
このような構成を有する本実施の形態においては、図４（ａ）に示すように、ホットプレート４上に載置した基板１０を静電チャック４ａによって吸着させた状態でスパッタリングを行う。
【００７１】
この状態では、バネ２９の弾性力によって遮蔽部２８が基板１０に押圧され密着し、遮蔽部２８内のプローブ先端部３０ａの温度が基板１０の温度とほぼ等しくなっているので、熱電対型温度測定ユニット２６によって基板１０の温度を間接的に測定し、そのデータをコンピュータによって解析することにより基板１０のチャック状態を監視する。
【００７２】
このような構成を有する本実施の形態においては、上述した効果に加え、熱電対３０の動作温度範囲が広いため、例えば１５０℃以下の低温域において正確な温度測定を行うことができるというメリットがある。その他の構成及び作用効果については上述の実施の形態と同一であるのでその詳細な説明を省略する。
【００７３】
図５は、本発明の第４の実施の形態の変形例の要部を示すもので、図４（ａ）の一点鎖線Ｄ部を示す拡大図である。以下、上記実施の形態と対応する部分について同一の符号を付しその詳細な説明を省略する。
【００７４】
本例は、熱電対３０のプローブ先端部３０ｃを、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）等の絶縁材料からなる被覆部３１内に設けた点が上記第４の実施の形態と異なるものである。
【００７５】
このような構成を有する本例においては、上述した効果に加え、耐熱性及び電気絶縁性を向上させることができるとともに、重金属汚染の問題を最小限に抑えることができるというメリットがある。その他の構成及び作用効果については上述の実施の形態と同一であるのでその詳細な説明を省略する。
【００７６】
なお、本発明は上述の実施の形態に限られることなく、種々の変更を行うことができる。
例えば、上述の実施の形態においては、一つの温度測定部において処理対象物の温度を測定するようにしたが、本発明はこれに限られず、複数の温度測定部を設けて処理対象物の温度を測定することも可能である。このような構成によれば、処理対象物の複数の部分の温度を正確に測定することができる。
この場合、上記実施の形態を組み合わせて温度測定を行うことも可能である。
【００７７】
また、本発明の温度測定装置は、真空中、大気中、減圧又は高圧の雰囲気中ののいずれにおいても使用することができる。
【００７８】
さらに、本発明の温度測定装置は、スパッタリング装置のみならず加熱装置等の種々の装置に適用することができ、また、静電チャックを用いない装置に適用することも可能である。
ただし、本発明は、赤外線等の電磁波が発生するプラズマ処理装置等の温度測定において最も効果があるものである。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】（ａ）：本発明の第１の実施の形態を示す断面図（ｂ）：図１（ａ）の一点鎖線Ａ部を示す拡大図
【図２】（ａ）：本発明の第２の実施の形態を示す断面図（ｂ）：図２（ａ）の一点鎖線Ｂ部を示す拡大図
【図３】（ａ）：本発明の第３の実施の形態を示す断面図（ｂ）：図３（ａ）の一点鎖線Ｃ部を示す拡大図
【図４】（ａ）：本発明の第４の実施の形態を示す断面図（ｂ）：図４（ａ）の一点鎖線Ｄ部を示す拡大図
【図５】本発明の第４の実施の形態の変形例の要部を示すもので、図４（ａ）の一点鎖線Ｄ部を示す拡大図
【符号の説明】
【００８０】
１…スパッタリング装置（プラズマ処理装置）  ２…真空処理槽  ４…ホットプレート  ４ａ…静電チャック  ５…ターゲット  ６…赤外線型温度測定ユニット（温度測定部）  ６ａ…制御部  ７…石英ロッド  ８…遮蔽部  ９…バネ  １０…基板（処理対象物）
【図１】
2005147976.tif 000003
【図２】
2005147976.tif 000004
【図３】
2005147976.tif 000005
【図４】
2005147976.tif 000006
【図５】
2005147976.tif 000007